一、工程概況
1. 工程概況
天津某工程總用地面積 26666.7m 2 ，場地內擬建兩幢分別為 358m（二號塔樓）和 102.9m（一號塔樓）高度的塔樓以及 3 層裙房，整體設置 4 層地下室。基坑面積約為 22900 m 2 ，周長約為 585m?；油谏钏菂^(qū)域約為 20.6m~23.1m，裙樓區(qū)挖深約 20m。工程處于新開發(fā)區(qū)域，周圍尚無建成的建（構）筑物?；厮闹艿牡缆泛偷缆废乱崖裨O的市政管線為本工程的保護對象。圖 2-10 為本工程的塔樓、裙樓分布和周邊環(huán)境條件情況。
圖 2-10 塔樓、裙樓分布和周邊環(huán)境條件情況
2. 工程地質概況
擬建場地位于天津市塘沽區(qū)海河南岸，場地總體地勢平坦，僅四周地勢略高，地面大沽高程介于 2.04～1.25m?；娱_挖深度范圍之內的場地土層主要以粉質粘土為主，淺層分布有較厚的流塑淤泥質粘土，深層分布有深厚的粉、細砂微承壓含水層，微承壓含水層頂板已基本接近基坑底部。場地內土層部分物理力學指標如表 2-10 所示。
二、基坑總體設計方案選型分析
類似特點和規(guī)模的基坑工程基于不同的經濟性和工期等因素的要求，可選擇的總體方案一般有“整體順作”、“全逆作”、“分區(qū)順作”和“順逆結合”。
本工程的兩幢塔樓均為超高層建筑物，塔樓核心筒、框架柱等豎向承重結構施工質量至關重要。全逆作法根據其自身工藝特點，要求塔樓地下部分豎向承重結構留設多道施工縫，對塔樓豎向承重結構的抗風、抗震等性能有不利影響，因此兩幢塔樓均不適宜采用逆作法實施。同時考慮到塔樓區(qū)域所占地下室面積相當大，因此“全逆作法”或“順逆結合”方案均不適合在本工程中應用。
因此從技術可行性角度，本工程可采用以下兩套總體方案設計思路：
1. 方案一：整體順作方案
裙樓和塔樓基坑作為一個整體同步實施，根據本基坑工程的面積和開挖深度、地下室外墻與紅線的關系以及周邊的環(huán)境，本工程應采用板式圍護體結合坑內設置多道支撐的支護體系。
2. 方案二：分區(qū)順作方案
考慮到 358m 高的二號塔樓的工期是本工程的控制工期，為加快整體工程的工期，首先對該塔樓區(qū)域進行單獨圍護，采用順作法施工，待該基坑工程結束、進入上部結構的施工之后，才采用順作法實施剩余的裙樓和一號塔樓基坑。同樣，分區(qū)基坑均采用板式圍護體結合坑內設置多道支撐的支護體系。分區(qū)順作設計方案平面圖如圖 2-11 所示。
圖 2-11 分區(qū)順作設計方案平面圖
根據對方案的工程量對比分析，分區(qū)順作方案由于需要設置一道臨時隔斷圍護體，因此工程量相比整體順作方案有較大幅度的增加；同時從工期角度，將較大幅度地增加一號塔樓的總工期。因此經與業(yè)主溝通，本工程選擇整體順作方案。
三、圍護體選型分析
根據軟土地區(qū)已實施的大量基坑工程的成功實踐經驗，類似深基坑工程中可供選擇的圍護體有型鋼水泥土攪拌墻（smw 工法）、灌注樁結合隔水帷幕以及地下連續(xù)墻。
1. smw工法
現階段可供選擇的 smw 工法樁抗側剛度較為有限，在軟土地區(qū)開挖深度超過 13m 的深基坑工程中，采用工法樁時基坑的變形較難控制。而本基坑工程面積大，開挖深度深達到20m～23.1m，經初步估算，即使采用目前可供選擇的工法樁中剛度最大的 φ1000@750 三軸水泥土攪拌樁，并滿插 h850×300×16×24 型鋼，計算變形大，不能滿足規(guī)范的要求，而且三軸水泥土攪拌樁一旦開裂，會影響到圍護體的止水可靠性。
另外本工程地下室開挖深度深，體量超大，其施工工期相對較長，初步估計圍護體施工至±0.000 工期在一年以上。采用 smw 工法樁，不僅型鋼用量大，型鋼租賃期也較長，經濟性較差。綜上所述，方案設計不考慮采用 smw 工法樁作為圍護體。
2. 鉆孔灌注樁結合隔水帷幕
鉆孔灌注樁結合隔水帷幕作為一種成熟的工法，其施工工藝簡單、質量易控制，施工時對周邊環(huán)境影響小，在天津以及長三角等軟土地區(qū)應用十分廣泛，尤其適用于順作法基坑工程。隔水帷幕可根據工程的土層情況、周邊環(huán)境特點、基坑開挖深度以及經濟性要求等綜合因素選用合適的工藝。
鉆孔灌注排樁圍護結構施工便捷，造價經濟。圍護樁一般設置于地下室以外距地下室外墻 800mm 的位置，僅在基坑開挖階段用作臨時圍護體，且在主體地下室結構平面位置、埋置深度確定后即有條件設計、實施。圖 2-12 為鉆孔灌注樁結合三軸水泥土攪拌樁圍護剖面圖。
圖 2-12 鉆孔灌注樁結合三軸水泥土攪拌樁圍護剖面圖
3. 地下連續(xù)墻
地下連續(xù)墻具有抗側剛度大、可有效控制基坑變形保護周邊環(huán)境，以及施工工藝成熟等諸多優(yōu)勢，近年來在周邊環(huán)境保護要求高以及基坑開挖深度大的基坑工程中得到了大量的應用。地下連續(xù)墻既作為基坑開挖階段的圍護體，同時作為地下室的結構外墻，稱為“兩墻合一”。
地下連續(xù)墻整體剛度大于分離式的鉆孔灌注圍護樁，因此基坑開挖階段水平變形比鉆孔灌注樁小，且基坑挖土施工時周邊滲漏情況一般比鉆孔灌注圍護樁少。由于兩墻合一可充分利用地下空間，并且可節(jié)約地下室外墻費用，因此經濟性較好。
“兩墻合一”地下連續(xù)墻形式近年來在天津及長三角等軟土地區(qū)得到廣泛的應用，并在實踐中已經發(fā)展并形成了成套的設計理論和專項施工技術，幾乎已成為類似面積和深度規(guī)?；庸こ淌走x的圍護體形式。但對于本工程而言，由于工期緊迫，且難以及時提供“兩墻合一”地下連續(xù)墻設計所需的相關主體地下結構資料，因此經權衡，最終確定選擇鉆孔灌注樁結合三軸水泥土攪拌樁隔水帷幕作為圍護體。
四、水平支撐體系選型
深基坑板式支護體系中常用的水平傳力體系有水平支撐和錨桿兩種形式。本工程基坑開挖深度范圍內分布有較厚的高壓縮性的軟弱淤泥質粘土，該土層中難以提供錨桿足夠的錨固力；而且四周緊鄰下方埋設有眾多市政管線的道路，采用錨桿很難滿足受力和對周邊環(huán)境的保護要求；此外本工程地下室外墻與用地紅線的距離較小，也不具備施工錨桿的空間。綜合以上三方面的因素，本方案選用水平內支撐作為基坑開挖階段的水平傳力體系。
1. 支撐材料選型分析
深基坑工程中水平支撐主要有鋼筋混凝土支撐以及鋼支撐兩種形式。鋼筋混凝土內支撐具有剛度大、變形小的特點，對減少圍護體的水平位移，并保證圍護體穩(wěn)定具有重要作用。同時混凝土支撐施工適應性強，可適用于各種復雜形狀和基坑面積超大的基坑工程。采用鋼筋混凝土支撐體系，第一道支撐桿件在適當加強后又可作為施工中挖、運土用的施工棧橋和材料的堆放平臺，可以解決施工場地狹小的問題，同時又方便施工，加快了出土效率，降低了施工技術措施費。由于施工棧橋與第一道支撐結合設計，大大節(jié)省了工程造價。
由于本基坑工程面積大、開挖深度深，采用鋼支撐體系主要有四個方面的不利因素：
其一，由于基坑面積大且開挖深度深，采用鋼支撐桿件較密集，挖土空間較小，在一定程度上會降低挖土效率；
其二，基坑面積巨大，單個方向鋼支撐長度過長，拼接節(jié)點多易積累形成較大的施工偏差，傳力可靠性難以保證；
其三，基坑長、寬兩個方向距離均較大，鋼支撐剛度相對較小，不利于控制基坑變形和保護周邊的環(huán)境，不能滿足對鄰近市政管線的保護要求。
其四，本工程屬深大基坑，基坑周邊施工場地狹小，需設置施工棧橋作為挖運土平臺和材料堆場，如采用鋼支撐必須設置大面積的鋼平臺，會大大增加工程造價。
綜上所述，采用鋼支撐體系在技術上不合理，因此支撐材料選用鋼筋混凝土支撐體系。
2. 支撐平面布置分析
鋼筋混凝土支撐體系可采用圓環(huán)支撐布置形式（如圖 2-13 所示）以及對撐角撐布置形式（如圖 2-14 所示），兩種支撐體系布置形式各有特點，從技術角度上都能滿足本基坑工程的要求。但對比可以發(fā)現，本工程采用圓環(huán)支撐布置形式，基坑中部的開敞空間更大，利于土方開挖；同時也能夠避開絕大部分的塔樓核心筒與框架柱，有利于地下結構的施工。因此方案設計最終確定了采用圓環(huán)支撐布置形式。
五、最終選擇的支護設計方案
基于以上對總體方案選型、圍護體選型、支撐選型等的技術可行性分析，也對可能采用的總體方案（整體順作和分區(qū)順作）及各種不同圍護結構（地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁結合隔水帷幕）、坑內支撐體系（圓環(huán)形鋼筋混凝土支撐及對撐角撐布置的鋼筋混凝土支撐）等的不同組合從工程經濟、工期上進行了充分的對比和分析，從而確定最終采用“整體順作＋鉆孔灌注圍護樁＋隔水帷幕＋四道鋼筋混凝土圓環(huán)形支撐”的基坑支護設計方案。